6ES7223-1BM22-0XA8厂家供应

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  在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。这些控制，初都是由继电器完成的，而plc初是为了替代继电器控制而产生的，那时候是上世纪六十年代。

    经过几十年的发展，plc的功能也发生了的变化，除了初的简单逻辑控制外，在模拟运算、数字运算、人机接口、网络能力方面也有很大的提升，可应用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合。21世纪，plc已成为工业控制中的主流控制器，在市场上占据的位置。

一、plc在机床行业的应用

    plc在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为立式。

    内装式plc也称集成式plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将nc和plc结合起来考虑，nc和plc之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个cpu，也可以是单的cpu，这种结构从软硬件整体上考虑，plc和nc之间没有多余的导线连接, 增加了系统的性, 而且nc和plc之间易实现许多功能。plc中的信息也能通过cnc的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。次的数控系统一般都采用这种形式的plc。

    立式plc也称外装式plc，它立于nc装置，具有立完成控制功能的plc。在采用这种应用方式时，可根据用户自己的的特点，选用不同plc厂商的产品，并且可以为方便的对控制规模进行调整。

    plc在数控机床和非数控机床中都有使用，在数控机床中，plc是数控机床的大脑，何时进，何时退，量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由plc发出指令，机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到plc。通过计算机与plc的组合，实现对架换的准确控制。

二、plc在机床行业的总体市场情况

    机床行业中plc的应用以小型plc为主，日系plc在小型plc领域占有很大优势，因此在机床中日系plc占据大部分市场份额，而三菱、西门子和ge-fanuc由于其数控系统在机床中占有优势，因此在机床中占有一席之地。机床行业中plc集中度比较高，主要集中于日系（三菱、欧姆龙）和西门子，闽台台达在其中也占有一定的市场份额，而其他的主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。

三、plc在机床行业的应用前景

    机床行业在保持了近这些年的持续高速增长之后，于今年开始出现衰退现象，特别是在受金融危机冲击后，从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降，11月份甚至下降幅度达到20.2%，如此高幅度的下降是历年很少见的，其中普通机床的影响尤为明显，库存开始增加，而数控机床的影响稍微少一些，从而给这个行业重新洗牌，未来机床的方向是数控化和逐步化，这些机床都需要使用大量plc和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制，使得机床的整体性能得到提升，因此从长远来看，plc和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力，在金融危机的冲击下，用户对plc的性价比会越来越高，在同等价位水平下，希望plc能够集成多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的plc转化成带有运动模块，这些都是plc厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有加高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。

0 引言

    西门子工控产品在我国有较高的市场占有率，它的通信及网络产品有着引导世界工控技术潮流的作用，研究西门子工控产品及通信技术的实际应用问题有着广泛普遍的重要意义。本文通过对某市级公司的配送分拣系统的研究,探讨了在bbbbbbs 环境下，用Delphi 开发的数据库应用软件与西门子S7-300 之间通信的实现问题。该配送分拣系统计算机部分结构如图1 所示。

图1 配送分拣系统计算机部分结构图

    该系统管理计算机接收信息局域网发送来的各条送货线路当天的访销信息数据，在此基础上管理计算机建立起以送货线路为单位的配方数据库将配方数据分批次连续地下传给PLC。PLC 根据下传的配方数据对系统控制使其连续分拣和收集, 同时系统工作状态及工作数据通过PROFIBUS 现场总线在两个触摸屏TP27-10 得到动态显示,后在收集工位自动得到一箱对应一个销售网点的用户配料。为了提高调试系统的效率,我们在DELPHI 和Microsoft Access数据库平台上编写了用于PLC控制程序的调试软件。

    从上看出该系统能否研制成功要解决的问题：是西门子S7-300 系列PLC 通讯协议不公开，管理计算机和调试计算机上3方软件编制的程序如何实现PC 机与西门子S7-300 系列PLC信息交换？通过技术调研和实际调试我们成功实现了在VB 、DELPHI程序开发平台上开发的管理程序及调试程序与S7-300 系列PLC通信，顺利完成了系统研制任务。限于篇幅，本文以调试软件的通信实现方法来讨论3 方应用软件与西门子S7-300 PLC的通信问题

1 调试软件设计

    根据PLC 控制程序的调试要求,该调试软件使用DELPHI 的数据库技术把事先设计的60 个配方数据写入数据库, 根据调试需要也可通过人机界面对数据库中的数据进行任意修改, 当执行“下传数据”命令时把数据库中的数据字段进行一定数据处理后通过调用PRODAVE S7软件包写入PLC中对应的DB(DATA BLOCKS)块,其中一条记录对应一个DB块,每条记录的一个字段对应该DB块中的一个字。该调试软件也可按一定顺序读PLC中各DB块中的字，并把读取的数据经过处理后写入数据库，以供调试人员检查写入数据的正确性。PC 机与PLC CPU318-2DP MPI 口之间的数据通信是通过PC/MPI 适配器硬件连接实现的。

图2 PLC控制程序调试软件结构及硬件连接图

2 数据通信

    2.1 通信软件

    实现PC机与PLC之间的数据通信是一个棘手的问题西门子公司的PRODAVE S7软件包的动态链接库（DLL ）提供了大量的基于bbbbbbs NT、 bbbbbbs95/98、 bbbbbbs3.11 或MS-DOS的函数，这样就使用户解决PLC与PC之间的数据交换和数据处理问题变为可能。

    2.2 通信函数

    在DELPHI 的bbbbbb Pascal 语言中，要访问动态链接库DLL （Dynamic bbbb Library） 中的例程有两种方式。一种是静态引入方式；另一种是动态引入方式。

    本软件使用静态引入方式，即在单元的Interface部分用External指示字列出要从DLL中引入的例程。如果要引入的例程比较多，就可以用一个专门的单元来集中声明要引入的例程。

    PLC控制程序调试软件用到的PRODAVE函数主要有：

    (1) load_tool PC 机与PLC系统初始化链接;
    (2) unload_tool 断开PC 机与PLC系统链接;
    (3) db_read 从PLC的DB 块中读数据字;
    (4) db_write 向PLC 的DB 块中写数据字

自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容电源线 或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。

分析硬件电路，提出硬件抗干扰措施

1、PLC控制系统的安装和使用环境

PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的性。PLC使用环境温度通常在0℃ ～55℃范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合，需将PLC封闭安装。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的性也会降低，所以应采取相应的减振措施。

2 、PLC的电源与接地

PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电源与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电同时进行。良好的接地是保证PLC运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接地线，并且接地点要与其它设备分开，如图1（a）。若达不到这种要求，也可采用公共接地方式，如图1（b）。但是禁止采用串联接地方式，如图1（c），因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，接地点应尽可能靠近PLC 。

图2  PLC的接地

接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在干扰上起很大的作用。这里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在PLC控制系统中有许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定电位的地线。交流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器点构成供电两条回路之一。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等分开。数字地和模拟地的共点地置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子(LG)是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子()连接。

3 、PLC的输入、输出设备

    输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统性的重要因素。以开关量输入为例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的性。在设计电路时，应尽量选用性高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有4～20mA、0～20mA直流电流信号；0～5V、0～10V直流电压信号，电源为直流24V。

对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果过了规定的大限值，外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高性，另一方面，在对系统性及智能化要求较高的场合，可以根据电路中电流异常的情况对输出单元的一些部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按程序自动转入故障处理，从而提高系统工作的性。若PLC输出端子接有感性元件，则应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点。

为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆；对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地，其处理方式如图2。

图2 屏蔽电缆的处理

    软件抗干扰措施

    硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰拒之门外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。

    1、利用""方法对系统的运动状态进行监控

    PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在设计应用程序时，可以利用""方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作""用，对运动部件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动""定时器。若运动部件在规定时间内达到位置，发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。

    2 、消抖

在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延时，得到抖动后的有效信号，从而达到抗干扰的目的。

    3 、用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比

为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：流量n= 12，压力n=4合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器A/D转换来说，采样时间应取工频周期(20ms)的整数倍。实践证明其抑制工频干扰能力过单纯积分器的效果。

  3、PLC与继电器接触器控制系统的比较

    通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。

    3.1 二种方案的不同点

    (1) PLC内部大部分采用“软”逻辑

    继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。

    (2) PLC控制系统结构紧凑

    继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小。

    (3) PLC内部全为“软接点”动作快

    电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重；PLC内部全为“软接点”动作快。

    (4) PLC控制功能改变其方便

    继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，其方便。

    (5) PLC控制系统制造

    PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触器控制系统。

    此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作性高。

    3.2 PLC方案的设计要点

    (1) 设置滤波

    在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，而且还可减少内部模块之间信号的相互干扰。

    (2) 设有隔离

    在PLC系统中CPU和各I/O回路(主要指数字口)几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等。

    (3) 设置屏蔽

    屏蔽有两类:一类是对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽，这时要用既导磁又导电的材料作为屏蔽层；另一类是对CPU和编程器等模块仅作电磁场的屏蔽，此时可用导电的金属材料作屏蔽层。

    (4) 采用模块式结构

    PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和换模板，同时在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能确定故障的位置。

    (5) 设有联锁功能

    PLC中个各输出通道之间设有联锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故。

    (6) 设置环境检测和诊断电路

    这部分电路负责对PLC的运行环境(例如电网电压、工作温度、环境的湿度等)进行检测，同时也完成对PLC中各模块工作状态的监测。这部分电路往往是与软件相配合工作的，以实现故障自动诊断和预报。

    (7) 设置Watchdog电路

    PLC中的这种电路是专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行，如果PLC中发生故障或用户程序区受损，则因CPU不能按预定顺序(预定时间间隔)工作而报警。

    (8) PLC的输入、输出控制简单

    PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不同时间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，而且也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；同时PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；另外，PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。

    4、结束语

    由于PLC在设计制造时充分考虑到工业控制的现场环境问题，并采取了多层次、多种有效措施来提高工作性，因此，采用PLC实现电机控制，特别是对工作环境条件较恶劣的工矿企业应该是一项明智之举。

图4 弯管的工艺流程图

    按照这个工艺流程，把控制系统模块化为几个子程序，分别为机座位置定位子程序，角度测程序，钢管加热的恒温控制子程序，实时监控子程序。采用模块化设计，操作起来，各模块之间的改互不干扰，有利于程序的维护。

4 结束语

    采用PLC控制的弯管机具有以下几个特点：

    （1）弯管的工艺精度提高、质量好采用编码器和PLC，对弯管角度进行准确自动控制，弯管精度可达正负0.1°，满足弯管产品的精度需求。
    （2），操作方便弯管的控制系统采用可编程控制器，大大提高了系统的性及设备的自动化程度；其操作系统采用人机界面，操作方便，并且提高了操作的度。

    在实践中，机床的运行比较稳定，产品质量也能够满足工业中所使用范围的要求，因此该弯管机有着广阔的应用前景